À Medida que as Temperaturas Aumentam, os Investigadores Revelam Como as Plantas Reagem

Crédito: Pixabay

Pequenas aberturas na superfície das folhas, conhecidas como estomas, permitem que as plantas “respirem”, regulando a perda de água por evaporação. Estes poros também gerem a ingestão de dióxido de carbono necessário para a fotossíntese e o crescimento.

Desde o século XIX que os cientistas sabem que as plantas alargam os poros estomáticos para libertar vapor de água, ou “suor”, através da transpiração, ajudando-as a arrefecer. À medida que as temperaturas globais e as ondas de calor aumentam, este processo é visto como uma defesa crucial contra os danos causados ​​pelo calor.

No entanto, durante mais de um século, os biólogos vegetais não compreenderam completamente os mecanismos genéticos e moleculares que impulsionam este aumento da atividade estomática e da transpiração em resposta a temperaturas mais elevadas.

Investigadores da UC San Diego descobrem dois caminhos principais na resposta das plantas ao aumento das temperaturas

Agora, a UC San Diego Ph. o aluno Nattiwong Pankasem e o professor Julian Schroeder mapearam estes mecanismos. A sua investigação, publicada no New Phytologist, identifica dois caminhos que as plantas utilizam para lidar com o aumento das temperaturas.

“Com o aumento das temperaturas globais, a agricultura enfrenta uma clara ameaça das ondas de calor”, disse Schroeder. “Esta investigação revela que o aumento das temperaturas desencadeia a abertura dos estomas através de uma via genética. No entanto, quando o calor se intensifica, um segundo mecanismo é ativado para aumentar ainda mais a abertura estomática”.

Durante anos, os cientistas lutaram para identificar os mecanismos por detrás das aberturas estomáticas causadas pela temperatura devido à complexidade das medições envolvidas. O desafio consistia em manter constante a humidade do ar, ou diferença de pressão de vapor (VPD), à medida que as temperaturas subiam, dificultando a separação das respostas de temperatura e humidade.

Técnica inovadora revela mecanismos genéticos por detrás das respostas estomáticas ao calor

Pankasem abordou esta questão desenvolvendo uma nova técnica para manter níveis fixos de VPD nas folhas à medida que as temperaturas aumentavam. Isto permitiu-lhe desvendar os mecanismos genéticos envolvidos em várias respostas estomáticas, incluindo as influenciadas por sensores de luz azul, hormonas da seca, sensores de dióxido de carbono e proteínas sensíveis à temperatura.

Um fator chave nesta pesquisa foi a utilização de um analisador de trocas gasosas de última geração, que ofereceu um melhor controlo sobre o VPD. Esta tecnologia permitiu aos investigadores estudar os efeitos da temperatura nas aberturas estomáticas sem separar as folhas das plantas vivas.

As descobertas revelaram que a resposta estomática ao aquecimento é controlada por um mecanismo encontrado em várias linhagens de plantas. Pankasem examinou os mecanismos genéticos em duas espécies de plantas: Arabidopsis thaliana, uma infestante amplamente estudada, e Brachypodium distachyon, uma planta com flor relacionada com culturas importantes como o trigo, o milho e o arroz, oferecendo informações valiosas para estas espécies agrícolas.

Os sensores de dióxido de carbono desempenham um papel central nas respostas estomáticas à temperatura

Os investigadores identificaram os sensores de dióxido de carbono como fundamentais para as respostas estomáticas ao aquecimento e ao arrefecimento. Estes sensores detetam o rápido aquecimento nas folhas, o que estimula a fotossíntese e reduz os níveis de dióxido de carbono, fazendo com que os estomas se abram e aumentem a ingestão de dióxido de carbono.

Curiosamente, também descobriram uma segunda via de resposta ao calor. Sob calor extremo, a fotossíntese fica stressada e diminui, fazendo com que a resposta estomática contorne o sistema sensor de dióxido de carbono e se desligue dos processos típicos conduzidos pela fotossíntese. Em vez disso, os estomas ativam uma via alternativa, funcionando como um mecanismo de arrefecimento “backdoor” para libertar vapor de água.

Segundo mecanismo de resposta ao calor reduz a eficiência do uso da água nas culturas

“O segundo mecanismo, onde os estomas abrem sem beneficiarem da fotossíntese, diminui a eficiência do uso da água nas culturas”, explicou Pankasem. “O nosso estudo sugere que as plantas podem exigir mais água por cada unidade de CO2 absorvida, o que tem implicações no planeamento da irrigação e no impacto do aumento da transpiração no ciclo da água sob o aquecimento global”.

“Esta investigação sublinha o valor da ciência fundamental, movida pela curiosidade, na abordagem dos desafios sociais, no aumento da resiliência agrícola e no avanço da bioeconomia”, afirmou Richard Cyr, diretor de programas da Fundação Nacional de Ciência dos EUA. “Compreender os mecanismos moleculares que controlam a função estomática a temperaturas mais elevadas poderá ajudar a desenvolver estratégias para reduzir a utilização de água na agricultura à medida que as temperaturas globais aumentam”.

Pankasem e Schroeder estão agora a explorar os mecanismos moleculares e genéticos por detrás desta via secundária de resposta ao calor.

Os co-autores do estudo incluem Nattiwong Pankasem, Po-Kai Hsu, Bryn Lopez, Peter Franks e Julian Schroeder.

Leia o Artigo Original: Phys Org

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